多进程

多进程

　　同一时刻并行的处理多个任务，即为多进程。比如，你一边喝茶、看书还听着音乐。真正的并行多任务只能在多核的CPU上实现，由于任务数量是远远多于CPU的核数，所以操作系统会自动将多任务短时间轮流切换执行，给我们的感觉就像同时在执行一样。

　　进程（Process）是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。编写的代码没有运行叫程序，正在运行的代码就是进程。

fork

　　Python中可以使用os模块fork()函数来创建子进程。程序执行os.fork()时，操作系统会创建一个子进程，然后复制父进程的所有信息到子进程中；调用一次os.fork()时，会返回两次值。返回给子进程的值一定是0，返回给父进程的是子进程中的pid号。返回给父进程pid（子进程的）号，是因为父进程可以fork出多个子进程，所以有必要记住子进程的pid号。

import os

print("当前进程pid= %d"% os.getpid())
num = 0
pid = os.fork()
if pid == 0:
    print("我是子进程: %s,父进程是：%s"%(os.getpid(),os.getppid()))
    num += 1
    print("num = %d"%num)
else:
    print("我是父进程：%s，我的子进程是：%s"%(os.getpid(),pid))
    num += 1
    print("num = %d"%num)

print("父、子进程都可以执行")

输出：
当前进程pid= 4262
我是父进程：4262，我的子进程是：4263
num = 1
父、子进程都可以执行
我是子进程: 4263,父进程是：4262
num = 1
父、子进程都可以执行

多进程中，每个进程都各自拥有一份，互不影响，如上num = 1。

multiprocessing

　　由于fork函数存在于Linux、Unix、Mac操作系统中，Windows操作系统无fork函数调用，Python作为一个跨平台的语言，使用multiprocessing模块封装fork函数来创建多进程。multiprocessing提供一个Process类来代表一个进程对象。

Process使用：

Process([group [, target [, name [, args [, kwargs]]]]])

target：表示这个进程实例所调用对象；

args：表示调用对象的位置参数元组；

kwargs：表示调用对象的关键字参数字典；

name：为当前进程实例的别名；

group：大多数情况下用不到；

Process类常用方法：

is_alive()：判断进程实例是否还在执行；

join([timeout])：是否等待进程实例执行结束，或等待多少秒；

start()：启动进程实例（创建子进程）；

run()：如果没有给定target参数，对这个对象调用start()方法时，就将执行对象中的run()方法；

terminate()：不管任务是否完成，立即终止；

Process类常用属性：

name：当前进程实例别名，默认为Process-N，N为从1开始递增的整数；

pid：当前进程实例的PID值；

from multiprocessing import Process
import os
import time

def run_proc(name,age,**kwargs):
    for i in range(10):
        print('子进程运行中，name= %s,age=%d,pid=%d'%(name,age,os.getpid()))
        print(kwargs)
        time.sleep(1)

if __name__ == '__main__':
    print('父进程 %d'%os.getpid())
    p = Process(target=run_proc,args=('MI',18),kwargs={'S':99})
    print('将要执行子进程')
    p.start()
    time.sleep(2)
    p.terminate()
    p.join()
    print('子进程结束了')

输出：
父进程 4460
将要执行子进程
子进程运行中，name= MI,age=18,pid=4461
{'S': 99}
子进程运行中，name= MI,age=18,pid=4461
{'S': 99}
子进程结束了

　　 Process创建子进程，只需要传入一个函数和函数参数，创建一个Process实例对象，然后用start方法启动，这样创建比fork()更简单。join()方法可以等待子进程结束后主进程继续往下执行，通常用于进程同步。

from multiprocessing import Process
import os
import time
import signal

def run_proc(name,age,**kwargs):
    for i in range(10):
        print('子进程运行中，name= %s,age=%d,pid=%d'%(name,age,os.getpid()))
        print(kwargs)
        time.sleep(0.1)

if __name__ == '__main__':
    print('父进程 %d'%os.getpid())
    p = Process(target=run_proc,args=('MI',18),kwargs={'S':99})
    print('将要执行子进程')
    p.start()
    time.sleep(0.2)
    os.killpg(os.getpid(),signal.SIGKILL)  #杀死父进程
    print('子进程结束了')

输出：
父进程 3791
将要执行子进程
子进程运行中，name= MI,age=18,pid=3792
{'S': 99}
子进程运行中，name= MI,age=18,pid=3792
{'S': 99}
已杀死

　　Process中主进程会默认等待子进程执行完后继续执行父进程，如果父进程退出或者异常被终止了，子进程也会退出运行。当进程中处理的事物比较复杂，一个函数不能完成时，我们可以让一个类去继承Process实现要处理的任务。

进程池Pool

　　当创建的子进程不多的时候，可以使用Process动态成生多个进程，如果需要创建成百上千时，手动创建工作量大，最主要的是不断创建和删除子进程调度系统分配资源很耗时间。所以我们可以创建一个进程池,预先放一些进程进去,要用的时候就直接调用,用完之后再把进程归还给进程池,省下创建删除进程的时间，提高了效率。

multiprocessing.Pool常用函数：

apply_async(func[, args[, kwds]]) ：使用非阻塞方式调用func（并行执行，堵塞方式必须等待上一个进程退出才能执　行下一个进程），args为传递给func的参数列表，kwds为传递给func的关键字参数列表；
apply(func[, args[, kwds]])：使用阻塞方式调用func
close()：关闭Pool，使其不再接受新的任务；
terminate()：不管任务是否完成，立即终止；
join()：主进程阻塞，等待子进程的退出，必须在close或terminate之后使用；

from multiprocessing import Pool
import os,time,random

def worker(msg):
    tStart = time.time()
    print("%s开始执行，进程号为%d"%(msg,os.getpid()))
    time.sleep(random.random()*2)
    tStop = time.time()
    print(msg,"执行完毕，耗时%0.2f"%(tStop-tStart))

if __name__ == '__main__':

    #创建一个进程池，最大进程数3
    po = Pool(3)
    for i in range(0,5):
        po.apply_async(worker,(i,))
    print('----start----')
    #关闭进程池，不再添加新的请求
    po.close()
    #必须放在close()之后，等待po中所有子进程执行完毕
    po.join()
    print('----end----')

输出：
----start----
0开始执行，进程号为4049
1开始执行，进程号为4050
2开始执行，进程号为4051
1 执行完毕，耗时0.96
3开始执行，进程号为4050
0 执行完毕，耗时0.98
4开始执行，进程号为4049
2 执行完毕，耗时1.30
4 执行完毕，耗时0.77
3 执行完毕，耗时1.11
----end----

　　初始化Pool时，可以指定一个最大进程数，当有新的请求提交到Pool中时，如果池还没有满，那么就会创建一个新的进程用来执行该请求；但如果池中的进程数已经达到指定的最大值，那么该请求就会等待，直到池中有进程结束，才会创建新的进程来执行。

if __name__ == '__main__':

    #创建一个进程池，最大进程数3
    po = Pool(3)
    for i in range(0,5):
        po.apply_async(worker,(i,))
    print('----start----')
    #关闭进程池，不再添加新的请求
    #po.close()
    #必须放在close()之后，等待po中所有子进程执行完毕
    #po.join()
    print('----end----')

输出：
----start----
----end----

　　如果我们在进程池之后没有添加join()会导致进程池中的任务不被执行。主进程创建／添加任务后，主进程默认不会等待进程池中的任务执行完后才结束，而是当主进程的任务做完之后立马结束。

进程通信Queue

　　Process之间有时需要通信，操作系统提供了很多机制来实现进程间的通信。可以使用multiprocessing模块的Queue实现多进程之间的数据传递，Queue本身是一个消息列队程序。

Queue使用：

　　初始化Queue()对象时（例如：q=Queue()），若括号中没有指定最大可接收的消息数量，或数量为负值，那么就代表可接受的消息数量没有上限（直到内存的尽头）；
    Queue.qsize()：返回当前队列包含的消息数量；　　
    Queue.empty()：如果队列为空，返回True，反之False ；
    Queue.full()：如果队列满了，返回True,反之False；
    Queue.get([block[, timeout]])：获取队列中的一条消息，然后将其从列队中移除，block默认值为True；
　　1）如果block使用默认值，且没有设置timeout（单位秒），消息列队如果为空，此时程序将被阻塞（停在读取状态），直到从消息列队读到消息为止，如　　　　果设置了timeout，则会等待timeout秒，若还没读取到任何消息，则抛出”Queue.Empty”异常；
　　2）如果block值为False，消息列队如果为空，则会立刻抛出”Queue.Empty”异常；
    Queue.get_nowait()：相当Queue.get(False)；
    Queue.put(item,[block[, timeout]])：将item消息写入队列，block默认值为True；
　　1）如果block使用默认值，且没有设置timeout（单位秒），消息列队如果已经没有空间可写入，此时程序将被阻塞（停在写入状态），直到从消息列队腾　　出空间为止，如果设置了timeout，则会等待timeout秒，若还没空间，则抛出”Queue.Full”异常；
　　2）如果block值为False，消息列队如果没有空间可写入，则会立刻抛出”Queue.Full”异常；
      Queue.put_nowait(item)：相当Queue.put(item, False)；

from multiprocessing import Process,Queue
import os,time,random


def write(q):
    print('Process to write: %s '%os.getpid())
    for value in ['A','B','C']:
        print('put %s to queue--'%value)
        q.put(value)
        time.sleep(random.random())

def read(q):
    print('Process to read: %s '%os.getpid())
    while True:
            value = q.get(True)
            print('get %s from queue '%value)

if __name__ == '__main__':
    q = Queue()
    pw = Process(target=write,args=(q,))
    pr = Process(target=read,args=(q,))
    pw.start()
    pr.start()
    pw.join()
    pr.terminate()
    print('Complete reading and writing')

输出：
Process to write: 4707 
put A to queue--
Process to read: 4708 
get A from queue 
put B to queue--
get B from queue 
put C to queue--
get C from queue 
Complete reading and writing

参考：

https://blog.csdn.net/sayhello_world/article/details/72829329

https://blog.csdn.net/hello_bravo_/article/details/52528283

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